JP4661167B2 - ポリゴンミラーモータの測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ポリゴンミラーモータのミラー偏心およびミラー面の出入りを非接触で検査する装置に関する。

従来、変位計の出力のピーク値を検出する第１ピーク検出器の他に第２ピーク検出器を設け、両ピーク検出器によるピークの差を取ることにより、偏心を検出することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、一般的には、被検出部分である回転軸が円筒状であることがほとんどであることから、被検出部分において接触型のダイヤルゲージや電気マイクロ、非接触型の静電容量変位計やレーザ変位計などを使用して、偏心測定が行われている。
特開平５−２２７７１０号公報

解決しようとする問題点は、被検出部が非円筒状であり、接触しての測定が許されないポリゴンミラーが被検出対象である場合の測定方法である。この場合、当然のことながら接触型のセンサは使用できず、一方、非接触型の静電容量変位計においては、数十μｍ程度に近接して設置することが要求され、角部分を持つポリゴンミラーにおいてはセンサとポリゴンミラーが衝突してしまうなどの問題があり測定は困難である。また、市販されているレーザ変位計では応答速度がマイクロオーダーであることから、測定可能範囲はせいぜい毎分数百回転までであり、毎分数万回転している状態での偏心測定には使用不可能である。

本発明では、検出部をレーザおよび応答速度がナノオーダーである光検出素子で構成しており、低速回転から毎分数万回転までの高速回転において測定可能である。

また、ミラー反射面からの反射光をもとに測定を行うので、被検出対象がポリゴンミラーのような非円筒状であっても測定が可能である。さらに、２つの光検出素子を用い、ミラー偏心および面出入りを２出力信号のエッジ間の時間間隔変動としてディジタル的に測定することができるので、ＰＳＤなど光位置検出素子を使用したアナログ測定手法に比較し安定したデータを得ることができる。

上記課題を解決するための本発明に係わる代表的な手段は、次の通りである。第１光源と、第１光源から射出された第１測定光を被測定ポリゴンミラーで反射させ、反射させた第１反射光を第1スリットを介して検出する第１光検出素子と、第１光源から射出された第１測定光を第１光検出素子にスポットを形成させる第1光学系と、第２光源と、第２光源から射出された第２測定光をポリゴンミラーで反射させ、反射させた第２反射光を第２光学系と第２スリットとを介して検出する第２光検出素子とを備えたポリゴンミラーモータの測定装置であり、ここに、第１測定光と第２測定光とは、所定の角度θｐで交差するように構成され、但し、０°＜θｐ＜９０°とし、第２光検出素子の出力信号は、第２測定光と第２反射光とが同一直線状になった時に出力するように構成され、第１光検出素子の出力信号と第２光検出素子の出力信号との時間差に基づいて、ポリゴンミラーの偏心と面出入りとの少なくとも一方を測定することを特徴とする。

第１光源と、前記第１光源から射出された第１測定光を被測定ポリゴンミラーで反射させ、反射させた第１反射光を検出する位置に設置した第１光検出素子および第１スリットと、前記光検出素子にスポットを形成させる第１光学系と、第２光源と、前記第２光源から射出された第２測定光をポリゴンミラーで反射させ、反射させた第２反射光と前記第２測定光の両方がミラー反射面と垂直をなすミラー正対時に第２反射光を検出する第２光検出素子、第２光学系および第２スリットと、被測定ポリゴンミラーの各面ごとに第１光検出素子と第２光検出素子から出力される信号の時間間隔を測定する時間計測手段と、前記時間計測手段により得られた時間間隔値に基づいて被測定ポリゴンミラーモータのミラー偏心を算出する偏心算出手段およびミラー面の出入りを算出する面出入り算出手段から構成する。

図１はミラー偏心の定義を示している。偏心が存在しない理想状態にあるポリゴンミラー１と、偏心Ｅをもつポリゴンミラー２があるとしたとき、ポリゴンミラー１の回転中心に対するポリゴンミラー２の回転中心のズレ量Ｅを偏心と呼ぶ。本発明では、偏心Ｅのｘ方向成分Ｅｘとｙ方向成分Ｅｙをそれぞれ測定し、（式１）により偏心Ｅを求める。

図２はミラーの面出入りの定義を示している。ポリゴンミラーに偏心や各ミラー面の横幅寸法に差異が存在したとき、ポリゴンミラー３が回転する状態では図２に示すようなミラーの面出入りＤが発生する。

図３は本発明の測定原理を示したものである。仮にポリゴンミラーは４面であり、ポリゴンミラーモータが回転状態にあるとする。ただし、図３については説明を簡単にするため４面ミラーではあるが２面間の関係のみについて示している。

装置構成は、第１光源４の光を光学レンズ５（たとえば対物レンズ）を通しポリゴンミラーで反射させ、スリット６を通して光検出素子７に入射させる。また、４面あるミラーの各面がそれぞれ同じ方向を向く（たとえば紙面上でまっすぐに上を向く）、ミラー正対タイミングを検出するため、第２光源８の光をポリゴンミラーで反射させ、その反射光をさらに光学レンズ９（たとえばビームスプリッタ）で反射させ、スリット１０を通して光検出素子１１（たとえばフォトダイオード）に入射させる。

ここで図３に示したｅ’は偏心あるいは面出入りに比例する量であり、逆にこのｅ’を知ることができれば偏心および面出入りを算出することが可能となる。

ミラー正対時のミラー姿勢１２の時には、実際検出はしないが第１光源の光は光検出素子７に向かって反射光１３のような軌道を通って進んでいくものと考えられる。同じくミラー正対時のミラー姿勢１４の時にも、実際検出はしないが第１光源の光は光検出素子７に向かって反射光１５のような軌道を通って進んでいくものと考えられ、反射光１３と反射光１５が光検出素子７に入る位置の変位がｅ’となる。ただし光検出素子７の性質上、光位置の検出は不可能である。

そこでｅ’を時間の変動として検出する測定方法を示す。ｅ’は（式２）により表され
る。
ここでｔａｎθｎ＜＜１としてスリット６を配置すればｔａｎθｎ≒θとみなせるので、（式２）は（式３）のように簡略化できる。さらに、（式３）は（式４）のように展開することができる。ただし、ωは回転角速度、ｔ１はθ１だけ回転するのに要した時間、ｔ２はθ２だけ回転するのに要した時間である。ミラー反射面からスリット６までの距離Ｌ、回転角速度ωが既知であるとすれば、ｔ２、ｔ１を計測することでｅ’の算出が可能となる。ここでθ１はミラー姿勢１６のときの反射光１７が入射するスリット６のエッジ位置から、反射光１３が光検出素子７に入射するであろう位置までの角度であるので、回転角速度ωが一定とすればｔ１は反射光１７を光検出素子７が検出した時点から、ミラー姿勢１２の時に光検出素子１１が光を検出した時点までの時間によって計測することができる。ｔ２についても同様に、θ２がミラー姿勢１８のときの反射光１９が入射するスリット６のエッジ位置から、反射光１５が光検出素子７に入射するであろう位置までの角度であるので、ｔ２も反射光１９を光検出素子７が検出した時点から、ミラー姿勢１４の時に光検出素子１１が光を検出した時点までの時間によって計測することができる。

図４は光検出素子７と光検出素子１１の出力波形イメージを示したものである。時間ｔ１はミラー第１面の反射による光が光検出素子７と光検出素子１１に入射したとき、２出力の立ち上がりエッジ間の時間間隔を時間間隔計測手段（たとえばタイムインターバルアナライザ）を用いて計測することができる。時間ｔ２についてもミラー第２面の反射光入射時に同様に計測でき、ミラー第３面、第４面においてもｔ３、ｔ４を計測すれば１回転分（４面）の時間間隔値が得られる。（式４）を（式５）、（式６）のように応用することで、ミラー偏心量Ｅおよびミラーの面出入り量Ｄを算出することができる。

ただし、ｔ_maxはｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４のうちの最大値、ｔ_minはｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４のうちの最小値である。

本発明のポリゴンミラーモータのミラー偏心および面出入りを測定する装置は、回転状態にあるポリゴンミラーモータのミラー偏心および面出入りの測定に有用である。

本発明の実施例１における偏心定義の説明図 本発明の実施例１における面出入り定義の説明図 本発明の実施例１における偏心、面出入り測定原理および装置構成の説明図 本発明の実施例１における信号出力と時間間隔計測の説明図

符号の説明

１、２、３ ポリゴンミラー
４ 第１光源
５ 光学レンズ（第１光学系）
６、１０ スリット
７ 第１光検出素子
８ 第２光源
９ 光学レンズ（第２光学系）
１１ 第２光検出素子
１２、１４ ミラー正対時のミラー姿勢
１３、１５、１７、１９ 反射光
１６、１８ ミラー姿勢

Claims (2)

1. 第１光源と、前記第１光源から射出された第１測定光を被測定ポリゴンミラーで反射させ、反射させた第１反射光を第１スリットを介して検出する第１光検出素子と、
   前記第１光源から射出された第１測定光を前記第１光検出素子にスポットを形成させる第１光学系と、
   第２光源と、前記第２光源から射出された第２測定光を前記ポリゴンミラーで反射させ、反射させた第２反射光を第２光学系と第２スリットとを介して検出する第２光検出素子と、を備え、
   前記第１測定光と前記第２測定光とは、所定の角度θｐで交差するように構成され、但し、０°＜θｐ＜９０°とし、
   前記第２光検出素子の出力信号は、前記第２測定光と前記第２反射光とが同一直線状になった時であるミラー正対タイミングにおいて出力されるように構成され、
   前記第１反射光が前記ミラー正対タイミングにおける前記第１反射光となす角度をθｎとし、前記第１スリットは、ｔａｎθｎ＜＜１となる位置に配置され、
   前記第１光検出素子の出力信号と前記第２光検出素子の出力信号との時間差に基づいて、前記ポリゴンミラーの偏心と面出入りを前記所定の角度θｐの関数として算出することにより、前記ポリゴンミラーの偏心と面出入りとの少なくとも一方を測定するポリゴンミラーモータの測定装置。
2. 前記第１光学系は光学レンズであり、前記第２光学系はビームスプリッタである請求項１記載のポリゴンミラーモータの測定装置。

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